DSP(DEEP SOIL MIXING PILE) 공법

공법소개 DSP(Deep Soil Mixing Pile)공법

Ⅰ. 머리말

근년 시가지에서 건설공사의 대량화와 대규모화에 따른 소음 진동 등의 공해에 대한 규제가 강화되어 여기에 대처하여야할 저소음 저진동공법의 연구개발을 활발히 하고 있다. 또 시공중에 일어나는 소음 진동의 문제뿐 아니라 발생이토나 벤토나이트 용액 기타 폐기물의 처리도 근년에는 공해의 대상으로 취급하도록 되어오고 있다. 여기에 소개하는 D.S.P공법은 소일시멘트 연속벽공법의 일종이며 지중원위치 토사에 시멘트용액을 주입 혼합하여 이러한 것으로 연속벽을 만들어 지수벽으로 하며 또한 그 벽체내에 측압에 대해서 응력재를 삽입하여 토류벽으로 하는 공법이다.
한편 최근들어 도심지공사에서 큰 문제로 지적되고 있는 지반침하 및 인접건물의 전도와 소음, 진동 공해문제 또한 청결치 못한 현장 환경문제등을 완전히 해결할 수 있는 최신공법이다.

Ⅱ. D.S.P공법의 개요

본 공법의 기원은 문헌에 의하면 1935년경 미국에서 시멘트와 토사를 혼합하여 도로의 로반공으로써 시공한 것이 시초가 되어 그후 토질공학의 현저한 진보에 따라서 새로운 이론이 도입되어 1945년경에는 소일시멘트 공법이라고 칭하게 되어 각국에서 본격적으로 도로 로반공에 채용하게 되었다.
일본에서는 1950년경부터 실내시험이 착수되어 건설성토목연구소에서 도로 로반으로서 연구가 진행되어 왔다. 그러나, 소일시멘트 연속벽공법은 현 위치의 토사를 그대로의 상태에서 골재로 간주하여 여기에 물 시멘트비가 100%를 넘는 시멘트 용액을 주입하여 교반 혼합을 잘하여 지수벽의 목적을 달성하려고 하는 것이며, 이것은 상기 로반에서 소일시멘트공법과는 상당히 다른 것이다.
그러나 본 공법의 "힌트"는 전기 로반에서 얻어진 것이며 본 공법도 또한 소일시멘트의 일종이라고 할 수 있다. 소일시멘트 연속벽공법은 이 발상을 토중의 기둥으로서 응용하여 이것을 토류벽을 조성하는 공법이다.
외국의 예를들면 어스오가머신 또는 그와 유사한 기계로서 토중을 삭공하여 그 선단으로부터 시멘트밀크를 주입하면서 굴삭토사와 혼합하여 소일시멘트 기둥을 조성하는 공법이 1954년에 미국에서 특허로 되었으며 1970년 특허기한 완료까지 각종 용도에 사용되었다고 한다.

1. D.S.P공법 일축소일 시멘트(W오거공법)


(1) 일축 소일시멘트(W오거기) 주열공법에는 오거롯드의 외주에 케이싱을 설치, 케이싱의 회전방향을 오거롯드와 반대로 하기 때문에 오거롯드 도르크가 서로 동작하면서 삭공하여 항타기리더등에 무리한 힘이 발생하지 않는다. 그 결과 대용량연약지반이나 물이 많은 지역 또는 인접건물이 밀집되어 있는 지역에 절대 유리하다.
⑥ 토류벽으로서는 토류판이 필요없으며, 별도의 차수가 필요없다.
⑦ 월등한 공기단축을 꾀할수 있다. 의 어스오거미싱을 장착하여 항경최대 Φ800 천공깊이 36m의 실적이 있다.
또 케이싱을 사용함므로 수직정도가 높은 천공이 가능하며 양질의 지수벽을 조성할 수 있으며 동시에 토류벽 전체의 강성을 높이고 또한 측압에 대한 응력재로서 H형 PC파일 그 외 종류의 강재들을 벽중에 삽입하여 토류벽을 조성하는 것이다.



(2) 특징

① 항타입식에 비교하여 소음이나 진동이 거의 없다.
② 현장토사를 골재로서 이용하기 때문에 발생이토가 적어 경제적이다. 발생이 토는 소일시멘트가 혼입되어 있으므로 잔토처리가 용이하다.
③ 수직정도가 높은 주열벽을 조성할 수 있기 때문에 지수성이 우수하다.
④ 토류벽으로서 강성이 높기 때문에 주변지반 침하가 없다.
⑤

<시공법의 개요>	<싱글소일 시멘트주열계획의 평면도>
<삼축소 시공순서>	<일축소일벽 시공순서>

2. 삼축오거기 특징(삼축오거기 사용)



D.S.P 공법의 시공기로는 현재 일반적으로 사용하고 있는 것은 삼축오거기이다.
시공기기본체의 기구에 대하여 대략 설명하면 다음과 같다.

① 각축은 모터에서 단축장치를 지나서 인접속이 서로 역회전을 하도록 연결되어 있다.
② 각축의 교반날개는 그 회전권이 서로 랩 하도록 장치되어 있으며 다축거리를 직열로 일체가 되어 있다.
③ 교반날개의 형성은 그 현장의 지질상황에서 일반용, 옥석층용, 절성토용이 개 발되어 있고 지층에 따라 사용할 수 있다.
④ 종래의 오거스크류는 굴삭배토용을 위한 것이지만 본기의 하나의 날개는 토사 와 시멘트 용액을 토중에서 혼합 교반하기 위한 것이며 각 형상의 날개로 이루어진다.
⑤ 각 롯드는 간섭장치에 연결되어 일체를 이루고 있다.
⑥ 오거헤드는 양단헤드가 중앙헤드보다 약간 선행 또는 후행하도록 장치되어 있다.



상기와 같은 본체기구에 의하여 소일시멘트 연속벽을 조성하는 것이다.


이 공법의 특색을 말하면 다음과 같다.



<D.S.P 삼축기(굴착혼합기)>

D.S.P 삼축기(굴착혼합기)

3. 삼축 소일 시멘트의 주열공법 특징

(1) 지수성이 높다.



D.S.P기의 삼축은 서로 역회전하면서 롯드선단에서 토중에 시멘트용액을 주입한다. 토사와 시멘트용액은 교반날개에 의하여 충분히 혼합되기 때문에 종래의 이와 같은 공법에 비교하여 상당히 지수성이 높은 벽체를 조성할 수가 있다.
또 연속벽을 조성하는 경우 기설 엘리멘트 단부의 일부분을 랩시켜 연속하여 시공하기 때문에 "엘리멘트"사이에 죠인트가 없고 따라서 누수의 염려는 전혀 없다.



(2) 수직정도가 높다.



D.S.P기는 삼축이 간섭장치에 의하여 일체화 되어있기 때문에 강성도 크고 그위에 오거사이에 끼이는 전석(장애물)은 서로 역회전하는 "헷드"에 의하여 제거되어지며 또한 "소일시멘트밀크"단에 부여한다. 따라서 수직정도가 높다.



(3) 이토 처분이 적다.



토류공법에서 큰 문제점은 굴착토사나 시멘트 폐액의 처분이지만 본 공법에서는 기술한바와 같이 현 위치의 토사를 골재로 간주하여 여기에 시멘트용액을 혼합 교반하는 공법이기 때문에 타 공법에 비교하여 배출이토가 적게 끝나며 따라서 경제적인 효과도 크다.



(4) 점성토에서도 비교적 양질의 벽체가 만들어 진다.



점성토용 다축롯드는 그 전장에 걸쳐 혼합날개로 구성되어 있고 각 혼합날개는 회잔권을 서로 랩하면서 또한 역회전하므로 점성토에서의 시멘트 용액의 혼합가능이 우수하며 양질의 벽체를 조성할 수 있다. 그러나, 사질층보다 혼합시간이 걸린다.



(5) 공기의 단축을 꾀할 수 있다.



삼축동시 시공을 할 경우에 현 위치의 토사 혼합방식이기 때문에 종래의 단축오거기에 의한 주열식 연속벽공법과 비교하여 월등하게 공기의 단축을 꾀할 수가 있다.



(6) 설계의 다양화를 꾀할 수 있다.



소일시멘트벽은 "소일" 그것만으로서 지수를 목적으로 하는 연속벽을 구성할 수가 있지만 토류벽 기타에 사용하는 경우에 토압설계에 따른 응력을 받는 부재로서 각종의 재료를 임의로 간격에 삽입할 수가 있으며 응력에 따른 부재의 경제설계에 대응할 수가 있다.



(7) 소음 진동이 적다.



각 공법은 다축오거기에 의하여 하기 때문에 충격음굴착시의 진동등으 부류에 들어간다. 한 예로서 발생원에서 5.0mm지점과 10m지점에서의 소음측정을 하면 알 수 있다.



4. D.S.P공법의 용도



D.S.P공법은 그 특성에서 다목적 이용을 생각할 수 있다. 그 주요한 것을 보면 다음과 같다.



(1) 지하공사에서의 토류벽



① 토류벽으로 사용
토류벽으로서 사용하는 경우가 제일 많다. 이 경우 토압에 대한 응력재로서 H형강, PC파일 등을 삽입한다.



② 지수벽으로서의 이용
하천제방안에 지수벽을 설치할 경우나 파일, 토류판등 토류공법 배면의 지수목적등을 위하여 이용할 수 있다.



③ 쉴드공사에서의 권입 방지
대구경의 실트공사에서의 관을 압송할 때 관주변의 토사가 압송방향으로 말려들어 관주변지반을 이완하는 수가 있다. 이 경우 소일시멘트벽을 시공함에 따라 권입을 방지할 수 있다.



④ 지하수에 의하 보일링이나 히빙방지
케이슨(잠함)침설시의 권입방지 및 지수벽공사 케이슨(잠함)침설시 특히 "오픈케이슨"의 침설공사를 할 때 그 주변에 소일시멘트벽을 조성함에 따라 지하수에 의한 보일링이나 히빙을 방지할 뿐 아니라 굴착에서 드라이커트를 가능하게 할 수 있고 또한 케이슨 주변 지반의 안정을 꾀할 수 있다.



⑤ 저수지 저부에서 누수방지
저수지에서 저반안에 침투하여 누수되는 염려가 있을 경우 제방에 따라 불투수층까지 소일시멘트벽을 시공함에 따라 그 개소의 누수를 방지할 수가 있다.



⑥ 시트파일의 저소음 저진동 건입공사
시트파일을 시공할 때 압입이 곤란한 옥석이 섞인 사력층이나 대단히 단단한 지층에서 우선 소일시멘트 연속벽을 조성하여 경화전에 시트파일을 병풍상으로 건입한다. 이 방법에 의하면 시트파일의 수직성 연경성이 좋고 소일시멘트의 고결에 의하여 "시티파일"의 죠인트에서의 누수를 완전히방지할 수 있다.



⑦ 기타
미경화의 소일시멘트중에 그 용도에 따른 응력제의 삽입이 가능하며 다목적으로 이용 방법이 여러 가지 있다.



(2) 조사설계



① 조사
소일시멘트 연속벽공법은 기술한바와 같이 착공내토사와 주입재를 교반 혼합하여 주열식 연속벽을 조성하는 것이므로 굴착지점의 성질이 직접 공법의 시공성에 영향을 미치게 한다. 따라서 굴착지반의 토질 및 지하수 등의 조사는 중요하다.
토질 및 지하수에 관하여 조사하여야 할 중요한 내용은 다음과 같다.

(가) 토질구성의 확인(사질토계, 점성토계, 사락토계, 특수토계의 어느것에 속하 는가)
(나) 지하수위 투수성의 파악(배수계획에 관련)
(다) 보일링 히빙의 검토
(라) 해수의 영향(조석의 간만차, 피압수, 복류수 등)
(마) 근처 우물의 사용 상황



(3) 설계

D.S.P공법은 그 사용예로서 보면 태반이 토류벽으로서 활용되고 있다. 토류벽으로서 이용할때의 설계상 유의하여야 할 점을 상술하면 다음과 같다.



① 소일시멘트벽은 현위치의 토사를 그대로 골재로서 사용하는 공법이기 때문에 시멘트용액의 배합계획에는 현위치 토사를 점성토 사질토 사락토와 대별하여 강도 지수성 등을 생각하여 시멘트량을 결정한다. 설계에 쓰는 토질구분을 표시하였다.



② 벽심전장에 걸쳐 측압용 응력재(대체로H형강)를 모두 사용하지 않고 하부는 지수벽으로서 보일링이 나 파이핑의 방지에 유용하게 하는 경제적 공법으로 하는 것이 가능하다.



③ 별포에 보이는 바와 같이 응력재로서 각종의 프리케스트 부재를 적당한 간격으로 삽입할 수가 있으며 경제적으로 설계가 가능하다.



④ D.S.P공법은 소일벽체적에 상당하는 흙을 배토한 후에 콘크리트 또는 몰탈을 타설하는 소위 치환공법이 아니고 현위치 토사에 시멘트 용액을 혼합교반하는 현위치 혼합공법이기 때문에 시공에 의한 지반의 이완이나 붕괴는 거의 발생하지 아니한다.



(4) 소일시멘트의 특성

D.S.P공법은 소일시멘트에 관한 특성을 충분히 연구해 두지 않으면 안되는 것은 물론이지만 종래 고강도 콘크리트에 대한 연구가 활발하며 소일시멘트와 같은 저강도 콘크리트 분야의 연구는 대단히 늦어 있는 것이 현상이다.
현 위치토사를 골재로 간주하고 여기에 시멘트용액을 주입하여 탄성이 있는 콘크리트화를 실현하려고 하는 것은 지금까지의 콘크리트공학의 상식에서 보면 참으로 무모한 것이지만 건설현장의 기술자로는 갈망하는 연구과제인 것이다.

다음에 소일시멘트의 물리적 특성에 관하여 말한다.

상기와 같이 D.S.P는 그 소재로서 흙이 전반적으로 같은 모양이 아니기 때문에 그 강도에 대해서도 일정한 계산식을 유도하는 것등 곤란한 문제가 아직 남아 있다.
또 많은 현장 경험이 있다해도 그 현장마다 토층의 변화는 미소하여 시멘트 밀크의 배합이나 그 사용량에 대하여도 상당한 연구를 필요로 하고 있다.
그러나 원위치토의 상황으로 봐서 이것을 소일시멘트화 했을 경우 어느정도의 강도는 보증할 수 있다고 하는 :강도보증치"정도는 알고 있지 않으면 안된다.
소일시멘트공법의 또 하나의 문제점은 대체로 토질에 따라 혼합하는데 난이가 있고 사질토의 경우는 토입자간의 결합력이 약하기 때문에 비교적 쉽게 시멘트용액과의 혼합이 잘되지만 점토분의 함유율도 많으며 자연함수비가 액성한계를 크게 하향하는 것같은 점성토는 토입자간의 결합력이 강해서 균일한 소일시멘트로 하는 것은 대단히 어려운 과제로 남아 있는 것같다.
따라서 오거사프트의 회잔수나 교반진행속도 및 교반날개와 이동날개의 형상 각도 등 그것 자체도 사질토와 점성토에서는 상이가 있는 것은 당연하다. 또 이 분야에 있어서 통일된 재료시험 방법은 아직 발견되지 않았기 때문에 일본 토질공학회의 기준안인 "안정처리토의 실험방법"을 참고로 하여 D.S.P의 배합에 압축강도을 별표와 여히 표시한다.

토 질	배 합	압축강도
	시멘트 벤토나이트 물	㎏/㎠
점성토	250-400㎏ 5-10㎏ 550-800ℓ	10-20
사질토	250-300㎏ 10-20㎏ 550-700ℓ	20-80
사 력	250-350㎏ 10-20㎏ 550-700ℓ	60-120





5. 강도 시험법

소일시멘트와 같은 저강도의 재료에 대하여 시험방법은 아직까지 확립되어 있지 않지만 시함 방법을 충분히 통일하여서 해야할 것이다. 대체로 소일시멘트의 강도 시험법으로는 다음의 3종류가 고려된다.



(1) 시공하기전에 원위치의 토사를 채취하여 실내시험반죽을 하는 방법(실내시험법)
(2)시공시에 시료 채취봉을 소일시멘트 혼합토중의 소정심도까지 삽입하여 시료를 채취하여 강도 시험을 하는 방법(시료채취 시험법)
(3)근입시공시에 소정의 깊이에서의 벽면에 코아를 채취하여 그 강도 시험을 하는 방법(현장코아 시험법)
이하에 각 시험법의 개요를 표시한다.

(일)시료토의 채취보존

소일시멘트의 대상으로 되는 범위내의 지반에서 필요량의 시료토를 채취한다. 채취개소는 토질수성안에서 대표적은 토층 및 소일시멘트의 역학특성치가 제일 요구되는 심도 등을 고려하여 결정한다.
채취된 시료토는 시험실시까지의 사이에 그 물리적 화학 적 변화를 극리 적게 하도록 "비닐"봉지 등에 넣어서 밀봉 보존한다.
또 시료토의 채취량은 시험계획에 따라 결정하게 되지만 여유가 있는 양을 확보해 두는 것이 바람직하다.

6.공시체의 제작에 쓰는 용구

· 저울(1,000g이상달 때 0.1g이하의 감량인 것)
· 저울(100g이상달 때 0.01g이하의 감량인 것)


· 건조토


· 데시게이트


· 증발접시


· 체(흔들어서 고운것과 거친 것을 가려내는 도구)


· 포리에치렌봉지. 포리에치렌피막


· 호바-형 소일믹사


(유성운동 400rpm회전운동120rpm내용량20ℓ)


· 주걱,채토용스푼,나무망치,찌르는 막대기(Φ16mm)


· 강도시험용 주철제 둘로 갈라지는 형몰-드 (Φ100mm×200mm)


· 스톱윗치


· 비닐사이트


· 메스실린더


· 켑핑 용구


· 시료토의 조정

보존되어 있었던 시료토에 포함되어 있는 잡물(나무조각) 등을 제거한다. 시료토중 직접 소일시멘트의 시험에 제공하는 것에 대히서는 미리 시료토 전체를 혼합하여 균일한 것을 준비한다.
현장시공을 전제로 한실내배합시험에서는 채취한 원지반의 함수비롤실험하는 것이 원칙이다.
따라서 시료토는 채취직후에 충분히 밀봉된 상태로 서 보존하는 것이 필요하다. 시료토가 채취 운반보존의 과정에서 함수비가 변화하여 있는 경우에는 자연함수비로 조정하는 것이 바람직하다.
함수비를 조정하기 위하여서는 소요량의 시료토를 함수비가 같은 양으로 되도록 믹서를 이용하여 충분히 반죽을 한다.
반죽한 시료토의 3개소 이상으로 함수비를 측정하고 나머지의 시료토는 함수비가 변화하지 않도록 밀봉하여 보존한다.
이조작은 소일 믹사의 "배치"(통)분을 단위로 하는 것이 바람직하다.

*고화제 첨가제의 준비와 조정

고화제 첨가제는 현장시공을 전제로 하는 경우에는 현지에서 실제로 사용하는 것을 선정하는 것이 원칙이다.
고화제 첨가제는 신선한 것을 쓰는 것이 바람직하지만 보존하여 쓰는 경우에는 성상의 변화가 없도록 충분한 배려가 필요하다.



(1)혼합처리

시료토와 고화제의 혼합에는 소일믹서를 쓴다.
믹서는 1"배치"에서 일축압축공시체 6본을 동시에 제작할 수 있는 용량으로 한다.
이하에 혼합순서는 다음과 같다.

3항에서 준비한 시료토가 자연함수비를 조정할 필요가 있있었 경우에 대하여 수량의 조정을 한다.
고화제 첨가제 및 반죽 섞인 물은 대상토 1.0㎡당의 혼합비를 원칙으로 하여 1배치분을 계량준비한다.
시료토에 대해서는 이완하지 않는 흙의 습윤단위체적중량을 기본으로 생각 중량환산으로 용적배합에 대응하는 혼합비로 계산한다.
혼합순서는 최초에 믹서내에서 소정량의 고화제 첨가제 및 연혼수(반죽물)을 혼합(반죽)스라리를 제작해두고 그 스라리에 시료토를 절입 첨가한다.
혼합의 과정에서 혼합토가 믹서용기의 내면이나 료반날개에 부착하기도 하고 괴상(덩어리)로 남을 경우는 주걱 등을 써서 보조조작을 가하고 혼합의 촉진을 꾀하는지만 규정시간을 포함하여 10분간을 한도로 하여 충분히 혼합한다.



(2)몰드에 충진

공시체의 제작에는 주철제 둘로 갈라지는 몰드(Φ100mm×H200mm)를 쓴다. 혼합교반된 시료는 곧 2층으로 나누어 몰드에 충진한다.
1층마다 각층의 저부에 도달하는 깊이에 막대기(Φ16mm)로서 10회씩 찔러서 단단히 하고 기포(공기를 품은 거품)를 남기지 않도록 찌르고 단단히 하여 곧 충진개소의 몰드외벽을 나무망치를 써서 10회씩 두들기고 공기포를 제거한다.
충진후 얇은 "포리에치렌"피막을 덮어씌우고 등근고무등으로 연결하여 표면의 증발을 막는다.



(3)소일시멘트의 양생

소일 시멘트는 수분의 출입이 없도록 습윤상태로 하고 또한 일정조건으롤역학히험실시까지의 사이 양생한다.
소일시멘트는 몰드마다 밀폐하여 습도 95%이상 양생습도 20∼30도의 또는 동 등의 조건으로 소정의 기간양생한다.
시료가 경화후 늦어도 탈형전일에는 공시체상면의 캡핑을 하는데는 시멘트 페스트 유황, 석고 등을 쓴다. 몰드하여금 초기탈형이 필요한 경우에는 공시체의 강도가 어느 정도 발현하고 나서 한다.탈형후는 완전히 밀봉하여 위의 조건으로 양생한다.



(4)역학시험



*일축압축시험

소일시멘트의 역학적 특성의 판정은 일축압축 시험에 의하는 수가 많다. 일축압축 시험은 JISA216에 규정하는 방법에 준하여 한다.
공시체는 직경100mm 높이 200mm로 하고 일축압축강도의 평가에 있어서는 동일조건의 공시체 3본이상의 시험결과에 의한다.



7.벤토나이트의 효과



원위치토사치환(바꾸기)공법에서 벤토나이트 이수의 효과는 주로 글착공벽면의 붕괴방지와 지수방지에 있는 것은 대체로 알려져 있지만 DSP공법에서 벤토나이트 효과는 시멘트입자의 침강에 의한 시멘트밀크의 분리를 방지하는 효과도 있다.



*측압(토압·수압)의 가정

(1)토압

토류벽은 대별하여 강벽과 가소벽이라는 것이 있다.
강벽이라는 것은 강시판이나 횡시판(토류판)공법과 같은 토압에 의하여 휘어짐이 일어나기 쉬운 벽 구조를 말한다. DSP공법에 의한 토류벽은 상기의 전자와 후자의 중간에 위치하는 것이다. 강벽에 작용하는 토압이론은 Coulomb Rankin에 의하여 오래전부터 연구되어 지금도 역시 널리 사용되고 있다. 또한 가소벽의 토압이론에는 Terwaghi &Peck 와Tsschebotarioff 가 유명하다.
벽의 근입길이의 결정(안정계산)에 쓰는 토압 및 단면 산정용의 측압, 각기업체에 따라 공식이 정해져 있기 때문에 고려할 필요가 있다.

여기에서는 건축의 경우를 보면,

①벽의 근입 길이의 결정에 쓰는 토압
벽의 근입길이의 결정에 쓰는 토압으로서는 Rankin Resal의 토압식을 쓰는 것이 많다.
본토압식은 차식으로 표시된다.







여기서,
Pa : 주동토압(t/㎡)


a : 상재하중(t/㎡)


r : 흙의 단위중량(t/㎡)


c : 흙의 접착력(t/㎡)
Pp : 수동토압(t/㎡)


O : 흙의 내부마찰각(도)


h : 지표면에서의 깊이(m)

흙을 채취하여 측정한 강도 (채취시료강도)와 근절시공후의 벽면에서 코라보링에 의하여 채취한 코아강도와의 사이에는 큰차가 있고 대략 다음과 같은 관계가 있을 것으로 사료된다.

채취시료강도 σ28≒2×σ7
벽면코아강도 σ코아=(3×5)×채취시료강도

또 이러한 실측치에서 동질토에서는 심도에 비례하여 소일시멘트의 강도가 증가하는 모양이다.
또 그 시료토의 입도분포가 크게 영향을 주는 것으로 해명이 되고 있다. 이상과 같이 소일시멘트의 강도 는 골재로 간주하는 현위치의 토질상태에 크게 좌우되는 것이다.
또 동일현장에서의 동일심도에서 채취한 벽면코아강도와 채취시료강도와의 사이에 약3-5배의 차이가 인정되는 것은 금후의 소일시멘트의 시료양생방법 및 실험방법을 재고할 필요가 있다고 생각된다.
다음에 소일 시멘트 연속벽의 측압부하의 경우 내압 강도 뿐 아니라 첨단강도나 곡강도 등도 필요하고 실험결과에서는 소일시멘트의 첨단파괴는 경질점토와 같은 모양으로 모루크룽의 파괴규준에 따라 r=c+tonO로서 표시되어 있는 모양이다.
각 토질에 대한 소일시멘트의 강도의 겨냥의 실험치를 표시한다.
또 인장 전단강도에 있어서는 실험결과에서 판단하면 일축압축강도에서 개략치를 추정할 수 있으며 동질토에서 일축압축강도는 심도에 비례하여 커지는 경향을 보인다.



(2)강성

소일시멘트 연속벽의 강성은 응력재인 심재의 강성과 벽두께에 상당하는 소일시멘트 강성과의 상승효과를 생각한다.
이실험에 대하여 영국 등의 연구가 발표되어 있다. 여기에 그 보고를 요약해 보면,

우선 공시체로서는 세사중사층의 현장에 있어서 3충벽체조성기를 사용하여 심도 6.0m의 소일시멘트 벽을 조성하여 혼합토중에 150×75×7mm 의 H형강을 삽입하였다. 70일간 현장에서 자연양생한 후 벤딩시험하기 위해 길이 2.2m와 1.2m의 공시체를 각2본씩채취하여 그라인더롤표면처리를 한후 측면에 "스트레인게이지"를 부착하였다.
형강의 단면 2차 모멘트 1I=652cm ⁴ 단면계수 ZX=86㎤ 로 재질은 SS41이었다. 실험은 중앙일점재하로 하고 재하하중의 최종은 탄성범위를 고려하여 기간1m 8t·2m로 4t으로 하였다 .
이 실험의 결과 강입의 소일시멘트 혼합토는 H 형강 만의 경우에 비교하여 강성잉20%증가하여 소일시멘트 혼합토가 강성에 크게 기여하는 것으로 판명되었다.



(3)투수계수

전술의 일연의 연구에 있어서 코아의 투수계수도 측정되어 K=6.5×10cm (-8), K=2.0×10(-7)cm/sec 등의 결과를 얻었다. 여기에 있어서도 극히 높은 지수성을 가지고 있다고 고려된다.



(4)입도의 영향

소일시멘트의 강도는 지하 현위치의 흙의 입도분포에 크게 좌우된다.
실험에 의하면 소일 시멘트에 쓰는 흙이 도면에 보이는 범위내라면 일반적으로 시멘트량이 적게 경제적 배합이 되는 것 같다.



8.시공기계

DSP소일시멘트 연속벽조성에 팰요한 기계는

① 베이스 머신(항타기계)


② 어스오거머신(감속기)


③ 소일믹싱머신(다축식 기계)


④ 그라우팅 플랜트(고결재혼합 주입기계)로 대별한다.

시공기계를 다음과 같이 기입해 본다.



(1)베이스 머신

굴착구조를 직접 시공하기 위한 3축오거 및 여기에 각 롯드를 회전시키는 모터 감속기 등 일련의 기계를 달아 내리고 수직으로 조성하기 위한 "가이드"주 등을 장착하는 베이스 머신은 대체로 항타에 쓰는 크로울러 방식의 삼점지지기를 사용한다. 베이스 머신에 장착된 상긱각 기계의 총 중량은 약 80-110t으로 상당하는 중량이기 때문에 베이스머신으로서 사용되는 향타기도 상당히 대형으로 된다. 사용기계는 이를테면 일본차량 D-408-90M D 508-100M또는 일입건기제 PD100형급을 쓴다.



(2)오스오거머신

어스오거머신은 그 하부에 연결된 축식소일 믹싱롯드를 구동시키는 원동기와 감속기의 조립으로 이루어져 있다. 이것은 종래의 파일기초공사에 사용되는 어스오거머신과 동일기계이다.
현재 주로 사용되고 있는 기종은 삼화기계CO(SAM WAKIZAI)80H 120H 150H또는 삼화기공의 동등성능기이다.



(3)소일믹싱 머신

본 공법의 중추적인 기구가 되는 기계이다.
상부의 "어스오거머신"의 온동력을 소일 오거머신에 의하여 구동을 분할하고 그 하부에 부착되어진 3축 혼연롯드에 전달하여 각축을 회전시키는 기구이다.
복수의 굴착혼연축의 제각기의 선단에서 "시멘트 밀크" 등의 토사 고결재(슬러리)를 토출시킬때에 미리 시멘트와 물 기타의 혼화제 등을 충분히 반죽하기 위한 기계이며 믹사와 펌프로서 구성된다.
현재 사용하고 있는 중요한 그라우팅플랜트는 혼합용 믹서기가 2기 압송용 펌프가 2대 기타기기와 같이 조립되어 있다.



9.현장조사

시공조건을 결정하는데에는 지반과 환경조건을 충분히 조사한 후에 정리해 두지않으면 안된다.

(1)토질조건

소일시멘트 연속벽은 현 위치의 토사가 조성벽의 주개료로 되는 것이기 때문에 토질조사에 의하여 시공전역에 걸쳐 토질조건을 충분히 파악한 후 배합설계시공계획을 감안하여야 한다.



(2)작업지반과 면적

소일시멘트벽의 시공을 함에 있어서 시공기계의 전정비중량은 약 80-110t으로 되어 접지하중은 순간부하를 포함하여 약 18-22t㎡에 도달하기 때문에 작업지반은 충분하게 여기에 견디도록 고려하지 않으면 안된다.
또 주력기계인 "크로라"형 시공기의 "리더"높이는 약 21-35m로 되어 작업지반의 경사요철이 전도사고의 원인이 되는 경우가 있어서 시공전에 충분한 정지작업을 할 필요가 있다.

(3)지하장애물 조사와 탐색

소일시멘트벽의 공사착공후 지하장애물 때문에 시공이 일시중지가 되기도 하고 또는 벽위치의 변경이 여유없이 되기도 하여 당초의 계획에 큰 변경을 일으킬 수가 있다.
특히 구조물 철거후의 현장이라든지 표토층이 매립되어 되메우기 등으로 구성되어 있는 부지에 대하여서는 사전에 벽체조성계획 라인에 따라 충분한 탐색파기를 할 필요가 있다.



10. '가이드"정규의 설치



소일시멘트벽의 계획위치에 "가이드"를 설치한다.

설치방법으로는 벽 계획선의 외면에 따라 병열설치하는 것과 벽계획선의 내외면에 따라 병열설치하는 것이 있지만 조성정도는 과거의 시공실적에서 보면 특히 대차는 인정할 수 없다.
"가이드"정규는 철조콘크리트 구축되는 것과 H형강재에 의하는 것이 있지만 본 공법에서는 통상공기가 단기간이므로 H형강재를 사용하여 가이드를 설치하는 경우가 많다.



11.공사용수 및 공사용 전력



(1)공사용수

사용수량은 시공시의 사용수와 잡수(로스 사용수의 20%)를 가산하여 총 사용수량을 산출하고 일일의 사용수량을 계획하여 용수관의경 및 본수를 정한다. 총사용수량(W)은 차식에 의하여 계산한다.

W=A×D×W×1.2

여기서,

A : 조성벽 전면적(㎡)


D : 벽두께(m)


W : 조성벽 1㎡당 사용랑(㎡)



(2)공사용 전력

공사용 전력은 그 현장에 사용되는 모든 기계류의 가동조립에 의하여 전력량을 산정, 여기에 여유전력을 가산하여 결정한다.
어스오거머신의 전력량은 지하장해물에 도달하였을 때 순간적 부하를 고려할 필요가 있기 때문에 50%정도 가산하여 계획전력량으로 하는 것이 바람직하다.


또 분전번의 위치는 시공상에서 보아서 원거리가 되지 않는 적당한 위치에 설치한다.



12. 시공



전술한 바와 같이 현장에서 토질 및 환경조건에 대하여 충분한 조사결과에 따라 상세한 시공계획을 작성하여 여기에 따라서 시공한다.
시공할 때는 당공사의 기술적 지식을 충분히 취득하고 시공경험이 풍부한 기술자를 현장에 상주시켜 시공관리에 임하는 것이 필요하다.



(1)굴착 벽체조성의 순서

계획벽 "라인"에 따라서 가이드 정규가 설정되면 본공사인 벽체조성의 시공에 착수하게 된다.

① 가이드 정규에 표시한 벽심에 맞추어 삼축롯드를 "셋드"하고 "베이스머신"을 고정한 내장기에 의하여 "베이스 머신 리더"를 수직으로 수정한다. 깊이 1-2m까지 굴착 후 벽맞았이 통하는 수직도 등을 재확인한 후 시공을 개시한다.

② 굴착시공과 동시에 "그라우팅 플랜트"로 혼합된 시멘트 용액을 삼축롯드 선단에서 토출시켜 굴착공과 병행하여 연속주입을 한다.
이 경우 토질에서 계획된 필요혼합액이 심도에 따라 토사내에 충분히 혼합되도록 굴착속도를 조정한다. (통상1m/min)

③계획심도까지 삼축롯드 선단이 도달한 약 3m정도를 천천히 삼축을 상하시켜 토사와 시멘트 용액의 혼합을 강화시킨 후 다시 시멘트액의 토출을 계속하면서 정해진 인양속도를 유지하여 삼축롯드를 인상한다. (통상 1.5m/min)

④상기의 작업에 의하여 최초의 "엘리멘트"가 되면 설계에 따라 결정한 응력재를 "크레인"에 의하여 달아올려 소일시멘트 혼합토중의 소정의 위치에 삽입한다.
H형강을 삽입할 경우는 거의 그 자중에 의하여 소정의 심도까지 삽입한다.

⑤H형강의 삽입이 완료하면 각 파이프 등으로 프렌지를 고정시켜 수직 및 일직선상을 유지함과 동시에 "레벨"을 일정하게 한다.



13. 잔토처리

소일시멘트 연속벽공사에서는 존술한바와 같이 현위치토사에 시멘트 용액있었 혼밝혔교반하여 이 토사의 고결한 것을 가지고 벽체로 하는 공법이며 종래의 토사와 콘크리트 또는 몰탈과하여금 치환공법에 의하는 것이 아니기 때문에 시공에 따른 배토량은 타공법에 비고하면 상당히 적고 벽체용적의 30-40%정도이다. 발생이토는 "가이드"구에 자연 집적하지만 대체로 현장외에 가설"이토처리장'을 설치하여 여기에 도입해둔다. 발생이토는 다량의 시멘트분을 함유하고 있으므로 가설처리장내에서 3일 경과하면 고결하므로 "백호우"로서 "덤프트럭"적재하는 것이 가능하여 이것을 반출하여 버린다.

Ⅲ.결론

D.S.P공법은 기술한바와 같이 원위치토사와 시멘트밀크를 혼합교반하여 연속벽을 조성하는 공법이므로 착공지반의 성질파악이 특히 중요하다. 아무리 설계기법이 우수해 있어도 소요의 소일시멘트벽체 강도의 적당한 추정치량, 응력부담재로서의 선택을 잘못했을 경우는 좋은 소일시멘트벽을 조성할 수 없다.
그러나 너무 안전엥치우쳐서 비겅제설계가 되어 D.S.P공법 본래의 사명을 잃는 수가 있다. D.S.P공법의 태반이 토류벽으로 활동하고 있다. 토류벽으로서 이용할 때의 설계상 유의하여하 할 점은 다음과 같다.

(1) 시멘트용액의 배합계획에는 원위치토사를 점서오사질토 사력토로 반드시 대별하여 강도 지수성 등을 고려하여 필요에 따른 실내실험 등을 실시하여 시멘트량을 결정한다.

(2) 벽배면의 상재하중에 대하여 충분히 조사한 후에 설계치를 결정하여야 한다. 특히 인접해 있는 건물 창고 사무실 등 그 기초형태에 대해서 조사해 둘 필요가 있다.

(3) 굴착시에는 벽체의 이동 변형 및 과도의 누수는 현장내 뿐 아니라 현장주변에 영향을 미치게 하므로 주의하여야 한다.
또 각단의 굴착은 전량 가설완료까지는 계획이상으로 파면 안된다.
특히 일차굴착과 본 굴착은 직접변형의 증대 및 누수에 연결되므로 주의하여야 한다. 그러나 경우에 따라서는 브라캣트부만 터파기 하는 것도 생각된다.

(4) 토류벽과 띠장의 접합

토류벽과 앙카용 띠장 사이에는 일체화시키기 위하여 전장에 걸쳐 콘크리트를 타설하는 것이 바람직하다.

(5) 앙카와 버팀보 사보강재 지점의 처리

버팀빔,사모강재가 앙카와 접하는 점은 앙카프랜지에 국부적으로 큰 힘이 결림으로 대체로 콘크리트를 앙카와 상면에 타설하여 보강한다.
특히 토압이 큰 경우는 앙카한 하측에도 스티프너를 넣을 필요가 있다. 사보강재와 앙카지점과의 처리는 콘크리트로서 단단하게 하는 방법이 좋다.
버팀보와 사보강재의 접합부는 보통 사보강받침피스를 버팀보의 프렌지 사이에 끼워서 볼트로 죄우고 여기에 사보강재를 면접합 시킨다.

(6)버팀보의 시공

버팀보의 시공은 수평방향 연직방향과도 통하기 좋게 가설하는 것이 중요하다. 조인트부는 틈이 없도록 시공한다. 최초 조인트부는 가볼팅정도로 하고 프레이트 삽입후에 전부의 볼트를 점검하여 단단히 죄운다.





<H-형강근입시>

<H-형강 근입시 가이드 정규설치도>